CN109267944A - 一种深水表层导管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水表层导管装置。所述深水表层导管装置包括锥管型外筒、锥管型内筒、圆管型井口和圆盘盖板；锥管型外筒的下部端口的直径小于锥管型内管的上部端口的直径；锥管型外筒的上部端口密封设置圆盘盖板；圆盘盖板上设有通孔；圆管型井口垂直固定于圆盘盖板上；锥管型内筒设于锥管型外管和圆管型井口形成的环形腔体内，且能沿圆管型井口上下滑动；当锥管型内筒滑动至近锥管型外筒的下部端口时，锥管型外筒与锥管型内筒通过咬合结构配合。本发明集海上吸力锚安装技术、深水表层喷射钻进技术、常规套管钻井技术于一体，实现三项技术的优点在深水表层钻井中得以发挥。

Description

一种深水表层导管装置

技术领域

本发明涉及一种深水表层导管装置，属于深水钻井器材及作业技术领域。

背景技术

现有深水表层导管是由外径为36in或30in，单根长度约12m的圆管，通过螺纹接头连接成导管管柱，采用钻入法、喷射法或水下锤入法安装到深水海床，作为水下井口的支撑结构。钻入法安装导管，首先下入钻柱进行海底钻井，形成供表层导管下入的井眼。起出钻柱之后，连接导管柱下入到已钻的井眼中，向导管柱管筒内的导管送入钻柱中注入水泥返至导管与裸眼之间的环空中，完成对导管的固井作业。喷射法安装导管，需采用送入钻柱将按照设计长度连接好的导管柱送入海底泥面，随着送入钻柱的喷射钻井到导管设计入泥深度，完成导管的安装作业，之后送入钻柱与导管解脱，继续表层钻井，表层完钻后，起钻下入表层套管，并实施套管固井作业。水下锤入法安装导管，需采用水下打桩锤设备，对表层导管实施水下打桩，将导管锤入到设计入泥深度，完成导管安装，之后组合表层钻柱，下入导管内，进行表层钻进作业，表层完钻后，起钻下入表层套管，并实施套管固井作业。

以上是现有常规的深水表层导管安装及表层钻井作业。需要多次起下钻，作业时间长，费用高。导管入泥深度设计成为影响深水表层作业及安全的关键。导管安装入泥过浅，对井口支撑力不够，易出现井口下沉事故。导管设计入泥过深，安装时间长，且实施过程中易出现安装不到位，需要采取水下切割等复杂的深水水下作业，作业时效低，作业费用高。此外，对于先钻井眼后下导管的钻入法安装导管，在下导管过程中易出现找井眼困难，且固井作业效率低，固井质量不易保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种深水表层导管装置，能通过负压和喷射技术完成安装，且表层套管依靠套管钻井技术继续表层钻进，实现一趟下钻完成表层导管和表层套管的安装，提高深水作业效率，保障深水浅层钻井安全。

本发明所提供的深水表层导管装置，包括锥管型外筒、锥管型内筒、圆管型井口和圆盘盖板；

所述锥管型外筒的下部端口的直径小于所述锥管型内管的上部端口的直径；

所述锥管型外筒的上部端口密封设置所述圆盘盖板；

所述圆盘盖板上设有通孔；

所述圆管型井口垂直固定于所述圆盘盖板上；

所述锥管型内筒设于所述锥管型外管和所述圆管型井口形成的环形腔体内，且能沿所述圆管型井口上下滑动；

当所述锥管型内筒滑动至近所述锥管型外筒的下部端口时，所述锥管型外筒与所述锥管型内筒通过咬合结构配合。

所述深水表层导管装置中，所述锥管型内管的近其上部端口的内壁上设有若干辐条A，所述辐条A的另一端连接于滚动轴承上；

所述滚动轴承套装于所述圆管型井口上，能沿所述圆管型井口上下滑动；即采用所述滚动轴承实现所述锥管型内筒沿所述锥管型外筒相对滑动。

所述深水表层导管装置中，所述咬合结构包括设于所述锥管型外筒的内壁上的卡槽和设于所述锥管型内筒的外壁上的卡环，所述卡环与所述卡槽实现咬合；

所述卡槽设于近所述锥管型外筒的下部端口处；

所述卡环设于近锥管型内筒的上部端口处；

随着所述锥管型内筒从所述锥管型外筒的下部端口伸出到一定位置，所述卡环卡入所述锥管型外筒的下部端口附近的内壁上的所述卡槽中，实现两者间咬合，将所述锥管型外筒和所述锥管型内筒约束成一个锥管串整体。

优选地，所述锥管型外筒的内壁上设有若干道环形卡齿，相邻的两道所述环形卡齿之间形成所述卡槽；所述环形卡齿的具体数量可根据所述深水表层导管装置的整体高度和强度需要进行确定，不少于两道；

所述卡环为“C”型卡环。

所述深水表层导管装置中，所述“C”型卡环的环体上设有一缺口；

所述“C”型卡环采用高强度钢条制作而成，具有一定刚度，自由状态下，所述“C”型卡环的环体外径与所述卡槽的内径一致，或所述“C”型卡环的环体外径大于所述卡槽的内径，以形成过盈配合，保证所述深水表层导管装置的整体性和强度。

由于所述“C”型卡环的环体上设有缺口，当所述“C”型卡环即将进入所述卡槽前，因受到所述锥管型外筒内壁的挤压而成收缩状态，此时所述“C”型卡环的环体上的缺口闭合，该缺口使得刚性卡环外径得以缩小，当所述“C”型卡环落入所述卡槽中，所述锥管型外筒内壁失去对所述“C”型卡环的挤压，所述“C”型卡环因自身刚度而恢复到自由状态，所述“C”型环体上闭合缺口也随之张开，从而让所述锥管型内筒和所述锥管型外筒之间形成一定咬合强度的连接。

所述深水表层导管装置中，所述锥管型内筒的下部端口处设有若干辐条B，所述辐条B的另一端连接于圆管型管环上，表层套管管串能穿过所述圆管型管环；

所述辐条B的底面上设有若干金属齿，用于切屑海底泥土，方便所述锥管型内筒从所述锥管型外筒的下部端口伸出和贯入海底泥土中。

所述深水表层导管装置中，所述圆管型管环的的内壁上设有下部卡槽，所述表层套管管串的外壁上设有下翼板；

所述下翼板能卡于所述下部卡槽中；

所述下部卡槽设于近所述圆管型管环的下端；

即，所述深水表层导管装置通过所述下部卡槽卡入所述下翼板上，从而整个所述深水表层导管装置可以悬挂于所述表层套管管串上，由其送入深水海床之上。

所述深水表层导管装置中，所述圆管型管环的内壁上设有上部卡槽，所述表层套管管串的外壁上设有上翼板；

所述上翼板能卡于所述上部卡槽中；

所述上部卡槽设于近所述圆管型管环的上端；

所述上翼板设于所述下翼板的上部；

即，所述表层套管管串坐挂于所述上部卡槽中，所述表层套管管串在套管钻井时的动力传递给所述辐条B，经过所述辐条B传递给所述锥管型内筒，推动所述锥管型内筒从所述锥管型外筒的下部端口中伸出并贯入更深的海底泥土中。

所述深水表层导管装置中，所述圆管型管环的内壁上设有滑槽；

所述表层套管管串上的所述上翼板能滑过所述滑槽；

当所述锥管型内筒伸出和贯入海底泥土一定深度，完成整个所述表层导管装置安装后，上提所述表层套管管串，使所述上翼板从所述圆管型管环所述的上部卡槽中脱离，旋转所述表层套管管串一定角度(设为90°)，使所述上翼板对准所述圆管型管环内壁上的所述滑槽，下放所述表层套管管串，所述上翼板从所述滑槽中通过，实现所述表层套管管串与整个所述表层导管装置之间的脱离。所述表层套管管串继续表层套管钻井作业，直到完成深水表层钻井。

可利用吸力锚技术、表层喷射钻井技术和套管钻井技术实现所述深水表层导管装置的安装。

由于采取以上技术方案，本发明深水表层导管装置具有以下优点：

1、本发明与现有36in或30in外径的深水表层导管常规采用钻入法、喷射法或水下锤入法安装相比，通过设计具备负压技术安装功能的可伸长的深水表层导管，依靠采用套管钻井技术的表层套管柱送入深水海床，利用负压和喷射技术完成表层导管的安装，表层套管依靠套管钻井技术继续表层钻进。实现一趟下钻完成表层导管和表层套管的安装，提高深水作业效率，保障深水浅层钻井安全。

2、本发明深水表层导管的钻进，集成套管钻井的下列优势：有利于井眼清洁、提高机械钻速；有利于避免井眼漏失造成的井下复杂情况或事故；改善井壁稳定性，有利于套管下到期望深度，减少套管层数；此外，简化常规钻入法下套管再固井的作业程序，节约作业时间，避免了常规钻井方法中起下钻过程中的井控风险；有利于作业人员安全；减少占用钻机的时间。

本发明集海上吸力锚安装技术、深水表层喷射钻进技术、常规套管钻井技术于一体，实现三项技术的优点在深水表层钻井中得以发挥。本发明是一项集成创新成果，可以广泛应用于深水钻井器材及作业技术领域。

附图说明

图1是本发明新型深水表层导管装置的结构示意图。

图2是本发明新型深水表层导管装置利用表层套管送入海底的状态示意图。

图3是本发明新型深水表层导管装置在海床上安装完成后的状态示意图。

图4是本发明新型深水表层导管装置安装完成后表层套管继续钻进状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的深水表层导管装置包括锥管型外筒1、锥管型内筒2、圆管型井口3和带抽排口的圆盘盖板4。锥管型外筒1的下部端口的直径小于锥管型内管2的上部端口的直径，锥管型外筒1的上部端口密封设置圆盘盖板4，圆盘盖板4上设有抽排口5，圆管型井口3垂直固定于圆盘盖板4上。锥管型外筒1下部端口附近的内壁设有多道环形卡齿6，相邻的两道卡齿之间形成卡槽。锥管型内筒2上部端口附近的外壁设有多道“C”型卡环7，其采用高强度钢条制作而成，自由状态下，“C”型卡环7的环体外径略大于卡槽的内径，以形成过盈配合，保证深水表层导管装置的整体性和强度。“C”型卡环7的环体上设有一缺口(图中未示)，当“C”型卡环7即将进入卡槽前，因受到锥管型外筒1内壁的挤压而成收缩状态，此时“C”型卡环7的环体上的缺口闭合，该缺口使得刚性卡环外径得以缩小，当“C”型卡环7落入卡槽中，锥管型外筒1内壁失去对“C”型卡环7的挤压，“C”型卡环7因自身刚度而恢复到自由状态，“C”型环体7上闭合缺口也随之张开，从而让锥管型内筒2和锥管型外筒1之间形成一定咬合强度的连接。随着锥管型内筒2从锥管型外筒1下端口伸出到一定位置，“C”型卡环7卡入锥管型外筒1下部端口附近的内壁的环形卡齿6形成的卡槽中，实现两者间咬合，将锥管型外筒1和锥管型内筒2约束成一个锥管串整体。锥管型内筒2上部端口附近的内壁设有辐条8，辐条8另一端固定于位于筒轴部的滚动轴承9，滚动轴承9套装在圆管型井口3上，沿圆管型井口3的外壁上下滑动。锥管型内筒2下部端口附近的内壁设有辐条10，辐条10另一端固定于位于筒轴部的与圆管型井口匹配的圆管型管环11，在辐条10底部设有金属齿12，用于切屑海底泥土，方便锥管型内筒2从锥管型外筒1下部端口伸出和贯入海底泥土。圆管型管环11内壁设有供位于表层套管管串16下部外壁上的下翼板18悬挂的下部卡槽13，整个表层导管装置通过该下部卡槽13卡入表层套管外壁上的下翼板18，从而整个表层导管装置可以悬挂于表层套管管串16上，由其送入深水海床之上。圆管型管环11内壁设有供位于表层套管管串16下部外壁上的上翼板19坐挂的上部卡槽15，将表层套管管串16在套管钻井时的动力传递给辐条10，经过辐条10传递给锥管型内筒2，推动锥管型内筒2从锥管型外筒1下端口中伸出并贯入更深的海底泥土中。圆管型管环11内壁还设有供位于表层套管管串16下部外壁上的上翼板19通过的滑槽14，当锥管型内筒2伸出和贯入海底泥土一定深度，完成整个表层导管装置安装后，上提表层套管管串16，使上翼板19从圆管型管环11的上部卡槽15中脱离，旋转表层套管管串16一定角度(设为90°)，使上翼板19对准圆管型管环11内壁上的滑槽14，下放表层套管管串16，上翼板19从滑槽14中通过，实现表层套管管串16与整个表层导管装置之间的脱离。表层套管管串继续表层套管钻井作业，直到完成深水表层钻井。

锥管型外筒1和锥管型内筒2的外径根据实际钻机提升能力和表层套管抗拉强度进行设计。

安装本发明深水表层导管装置时，可按照下述步骤进行：

当该新型深水表层导管下端面进入海底泥面以下，锥管型外筒1和圆管型井口3下端面均进入海底泥面以下，由于锥管型外筒1上端面与圆管型井口3之间有圆盘盖板4的封装，位于圆盘盖板4上的抽排口5成为锥管型外筒1与圆管型井口3之间的环形空间连通外部的唯一通道。引入常规吸力锚技术，利用水下抽水泵连接圆盘盖板4上的抽排口5，将锥管型外筒1与圆管型井口3之间的环形空间内的海水抽空，环形空间内部出现真空，内外形成巨大压差，依靠外部压力将本发明表层导管装置压入到海底泥土之中，完成表层导管的第一段(锥管型外筒)入泥的安装。随后位于深水表层导管装置轴部的表层套管给底部的钻头17施加钻压，并向表层套管中泵入钻井液，钻井液到达底部钻头17，经过钻头17上的水眼，在钻头17周围形成喷射流，辅助钻头17带着表层套管管串16向泥土更深处贯入。位于底部钻头17附近的表层套管管串16外壁上的上翼板19进入连接锥管型内筒2的圆管型管环11上部的方形上部卡槽15，之后表层套管开始常规的套管钻井作业。随着表层套管的旋转钻进，本发明表层导管的锥管型内筒2在表层套管带动下，从锥管型外筒1内部旋转向下伸出，位于连接管环与锥管型内筒2下端面的辐条10上的金属齿12在辐条随整个锥管型内筒转动下，切削海底泥土，方便锥管型内筒2贯入更深的海底泥土之中，直至锥管型内筒2外壁上的“C”型卡环7卡入锥管型外筒1内壁上卡齿6形成的环形卡槽。从而完成表层导管的第二段(锥管型内筒)入泥的安装。至此，整个表层导管装置安装完成。随后通过上提表层套管管串16，使表层套管管串16外壁上的上翼板19脱离圆管型管环11的上部卡槽15，旋转表层套管管串1690°，使表层套管管串16外壁上的上翼板19对准圆管型管环11内侧的滑槽通道14，下放表层套管管串16，上翼板19可以从圆管型管环11内侧的滑槽通道14通过，从而实现表层套管管串与本发明表层导管脱离。表层套管管串继续套管钻井作业，完成深水表层钻井。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种深水表层导管装置，包括锥管型外筒、锥管型内筒、圆管型井口和圆盘盖板；

所述锥管型外筒的下部端口的直径小于所述锥管型内管的上部端口的直径；

所述锥管型外筒的上部端口密封设置所述圆盘盖板；

所述圆盘盖板上设有通孔；

所述圆管型井口垂直固定于所述圆盘盖板上；

所述锥管型内筒设于所述锥管型外管和所述圆管型井口形成的环形腔体内，且能沿所述圆管型井口上下滑动；

当所述锥管型内筒滑动至近所述锥管型外筒的下部端口时，所述锥管型外筒与所述锥管型内筒通过咬合结构配合。

2.根据权利要求1所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述锥管型内管的近其上部端口的内壁上设有若干辐条A，所述辐条A的另一端连接于滚动轴承上；

所述滚动轴承套装于所述圆管型井口上，能沿所述圆管型井口上下滑动。

3.根据权利要求1或2所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述咬合结构包括设于所述锥管型外筒的内壁上的卡槽和设于所述锥管型内筒的外壁上的卡环，所述卡环与所述卡槽实现咬合；

所述卡槽设于近所述锥管型外筒的下部端口处；

所述卡环设于近锥管型内筒的上部端口处。

4.根据权利要求3所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述锥管型外筒的内壁上设有若干道环形卡齿，相邻的两道所述环形卡齿之间形成所述卡槽；

所述卡环为“C”型卡环。

5.根据权利要求4所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述“C”型卡环的环体上设有一缺口；

所述“C”型卡环的环体外径与所述卡槽的内径一致；

所述“C”型卡环的环体外径大于所述卡槽的内径，以形成过盈配合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述锥管型内筒的下部端口处设有若干辐条B，所述辐条B的另一端连接于圆管型管环上，表层套管管串能穿过所述圆管型管环；

所述辐条B的底面上设有若干金属齿。

7.根据权利要求6所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述圆管型管环的的内壁上设有下部卡槽，所述表层套管管串的外壁上设有下翼板；

所述下翼板能卡于所述下部卡槽中；

所述下部卡槽设于近所述圆管型管环的下端。

8.根据权利要求7所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述圆管型管环的内壁上设有上部卡槽，所述表层套管管串的外壁上设有上翼板；

所述上翼板能卡于所述上部卡槽中；

所述上部卡槽设于近所述圆管型管环的上端；

所述上翼板设于所述下翼板的上部。

9.根据权利要求7或8所述的深水表层导管装置，其特征在于：所述圆管型管环的内壁上设有滑槽；

所述表层套管管串上的所述上翼板能滑过所述滑槽。